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科学仪器是决定民族前途的“国之重器”

行业聚焦点中国仪表网2012年03月09日 11:05人气:20726

  导读:“国家投几亿、十几亿元给你们,对国民经济有什么用?”常有人这么问叶培建委员。
  
  作为“嫦娥”等卫星项目的技术负责人,叶培建十分看重科学仪器研制。在他和许多科学家看来,科学仪器不光可以满足人类好奇心,也是决定民族前途的“国之重器”。
  
  谁说科学仪器赚不了钱?
  
  叶培建在两会上讲了一个故事。“以前的客运火车,工作人员在停车的时候,拿扳手或钢棍敲敲车轮。你知道他为什么要敲?听声音。”
  
  过去车轮轴承质量不好,长期负荷催生裂纹,敲轮是为了排查异响。货运火车更容易出问题,却无法停下来“敲”,因此轴承经常断裂。
  
  这个难题,居然被我国的一个航天项目解决了。卫星上应用的一种红外探测仪,可以敏锐地捕捉到热量的变化。把许多红外仪布置在铁路沿线,就能第一时间察觉到轴承的热量异常,进而发出警报。
  
  叶培建告诉我们,卫星上的仪器,还有很多可以直接或稍加改造后用来“赚钱”。比如卫星上的高精密相机镜头,其设计思想可用于很多设备,比如光刻机上——没有它就别想造出CPU等大型集成电路。而卫星上使用的计算机,功率小,重量轻,耐极端条件,是未来计算机参考的模板。
  
  科学仪器的世俗价值,不像它的“神圣”价值那样经常被提及。费米实验室的创建者威尔森,向国会要两亿美元做加速器。被问到“项目是否有助于国防”时答道:“它不能保卫美国,但它让美国值得保卫。”
  
  实际上,加速器也为人类做出了贡献——欧洲的粒子加速器实验室里,诞生了互联网。而加速器催生出的新技术,也刺激了电子业的进步。
  
  科学仪器也可以直接用在产业中,著名科学家王大珩曾举出许多例子:电子显微镜、质谱仪、CT断层扫描仪、X光物质结构分析仪、光学相衬显微镜和扫描隧道显微镜——既为发明人赢得了诺贝尔奖,又开辟了滚滚财源。
  
  生物产业被寄予厚望,而最受欢迎的生物实用设备,比如基因芯片或极微运动探针,都是实验室里的仪器。
  
  而随着人们对环境和食品安全的重视,原本用于实验室的各种检测仪器,也开始为日常生活提供信息。
  
  一切高级机器的原型
  
  “关键零部件和仪器仪表支持不够,是中国装备制造业的难题。”水下机器人专家封锡盛委员在两会上谈到,中国出资支持重大装备时,往往忽视先进装备的基础工作。
  
  这个基础说到底,是精密仪器——而科学仪器是其中最精密的,其他机器都发源于此。
  
  蒸汽机可能是历史上最重要的机器。第一台蒸汽机,是气压学家帕潘出于兴趣研制的仪器,它利用蒸汽制造真空。一百年后,格拉斯哥大学的一个科学仪器工匠,对蒸汽机做出重要改进,他就是瓦特。
  
  18世纪开始,购买科学仪器成为欧洲时尚,很快大批实用机械问世,这不是偶然的。机械发明家往往是科学仪器匠或钟表匠(钟表起初也是科学仪器)。英国是当时科学仪器的世界中心,与它成为工业革命策源地大有关系。
  
  最高的精度来源于光学仪器。比如“工业之母”数控机床,它使用一种叫“光栅”的尺子,其标刻的准确度,决定了机床精度的上限。
  
  最好的光栅出自一家德国公司:它花2亿欧元建了一个三级隔振的车间,振幅不超过1.5纳米,且温差只有百分之一度。这家公司拥有世界上最好的原子钟,还有中国国家计量局不具备的长度传递标准。因此德国机床得以使用全球最准的尺子。
  
  高端制造离不开精密仪器——往往就是科学仪器。著名的蔡司公司,既生产高质量天文望远镜和显微镜,也生产照相机镜头和工业镜头,这并非跨界。光学仪器起初都用于科学。
  
  飞驰的高速列车,轴承之所以不会折断,要感谢光学仪器提供的高精度;摩擦最小的活塞引擎,寿命最长的喷气发动机,也离不开光学仪器“指正”。
  
  发达工业国不仅有雄厚的科学仪器制造基础,而且政府也不敢轻视仪器创新。美国国家自然基金和国立健康研究院出专资,提出要确保美国科学仪器业的领先;欧盟前几年斥资41亿欧元用于辐射源和望远镜等新型仪器;日本政府从2004年开始斥巨资研制世界尖端的分析计量仪。
  
  中国仪器产业弱势
  
  今年初,中国政府宣布拨款8亿元资助科学仪器,这是历来最大的投入。但中国仍缺乏科学仪器的制造经验,目前国内业界大多数是小作坊生产,研发投入只占销售额2%—3%。外国业界则为历史悠久的巨型企业统治,研发投入平均占销售额的十分之一。
  
  在江苏某市,已经形成了一个仪器中心,有一百多个仪器企业,但很多都是以仿制起家,很难说形成了自己的核心竞争力。
  
  中国突飞猛进的科研经费中,大头用于购置各种高端科学仪器,而这些仪器中国大多不能生产。2010年的科学仪器逆差,就接近100亿美元。政协委员朱星参与的一项调研显示,中国每年上万亿元的科研固定资产投资中,六成用于进口设备,部分领域完全依赖进口。
  
  北京吉天仪器公司的老总告诉科技日报记者,40年前,某些关键零部件就只能依赖进口。比如光谱仪器必用的光电倍增管,直接影响仪器灵敏度和稳定性。40年过去了该器件仍依赖进口,每年花掉该公司300多万元。
  
  制造精密的科学仪器,需要精密光学和特殊材料学的支撑,而这些领域强调的都是上百年的积累,无法一蹴而就。一个数据是:外国科学仪器公司的开发投入平均占销售的10%,而我国仅占2%到3%,因此国产仪器只在中低档市场徘徊。
  
  全国政协委员、物理学家赵忠贤举了一个例子:中科院六年前完成的真空紫外激光角分辨光电子能谱仪,在高温超导体研究中取得了重要成果。“有些仪器的研发难度特别大,也不是短期就能做出来的。”赵忠贤认为,原创性的先进仪器是在国家的科研计划,包括863计划﹑973计划以及科学院和基金委计划的支持下,长期积累而成的,涉及材料、器件和设计能力及人才培养,是一个综合的结果。
  
  “一个国家如果不能制造一些高精尖仪器,即使这个国家真的很富有,它仍然算不上真正的发达国家。”赵忠贤说。
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